Введение к работе
Актуальность темы. Основной задачей гражданской авиации /ГА/ России как части транспортной системы страны является надёжное и регулярное выполнение потребного объёма перевозок. Выполнение поставленной задачи требует максимальной экономической эффективности лётной эксплуатации /ЛЭ/ при высоком уровне безопасности полётов /БП/ воздушных судов /ВС/.
БП и высокая экономическая эффективность неразрывно связаны между собой и зависят непосредственно от качества эргати-ческоґі системы "пилот-самолет-среда". Каждый тип самолёта как вторая составляющая часть эргатической системы характеризуется такими качественными показателями, как устойчивость и управляемость, что зависит от надёжной безотказной работы самой конструкции самолета, его двигателей и Функциональных систем.
Первое звено эргатической системы - пилот - характеризуется не только его теоретической и практической подготовкой, пониманием тинамики движения самолёта в различных ситуациях, но и знанием соответствующей локументации, регламентирующей лётную деятельность. Пилот лолжен обладать совершенной качественной и ачекватной информацией о состоянии регулируемого объекта, которым является ВС, и он является основным "резервным инструментом" , готовим включиться в контур управления немедленно при сбое программы автоматического полета.
Третье звено эргатической системы - воздушная среды, её состояние - не зависит от воли пилота. Более того, это самая подвижная /как, например, при сдвиге ветра или грозе/ составляющая эргатической системы, которая заставляет пилота быть в
постоянной готовности.
Появление каждого нового типа самолёта - это результат достижений научно-технического прогресса. Однако, психофизиологические возможности пилота как оператора остаются ограниченными. Поэтому в некоторых случаях полёта из-за ошибок экипажа в пилотировшпш возможен выход самолёта на границы критических режимов. Но особенно опасны ошибки, связанные с потерей скорости полёта.
Наиболее сложными и ответственными с точки зрения обеспечения БП являются взлёт, набор высоты, снижение, заход на посадку и посадка ВС, специфика которых обусловлена близостью земли, метеорологическими факторами и повышенной психофизиологической напряженностью экипажа.
Необходимость решения вышеперечисленных вопросов делает задачу исследования движения ВС на взлёте, при заходе на посадку и посадке весьма актуальной. Актуальность возрастает при выходе нового типа самолёта на этап эксплуатационных испытаний.
Что касается раздельного рассмотрения режимов взлёта, захода на посадку и посадки, то анализ статистических данных международной организации гражданской авиации /ЙКА.0/ за последние 20 лет показывают, что на взлёт, который составляет 2 % общего времени полёта, приходится 21 % катастроф, а на этапах захода на посадку и посадки /4 % общего времени полёта/ происходит 54 % катастроф. Иначе, на 6 % лётного времени приходится 75 % катастроф, причём основная их доля падает на этапы захода на посадку и посадки ВС, что и определило основное научное направление данной работы.
Современные методы исследования траєкторного движения ВС
на любом этапе полёта базируются на системном подходе к проблемам повышения экономической эффективности и БП, которые позволяют рассматривать и прослеживать большое число условий, связей и Факторов, влияющих на полёт. Системный подход позволяет выстраивать единую мотель изучаемых явлений и четкую организацию полного объёма исследований.
Основными направлениями исследований, связанных с внедрением в ГА нового многоместного дальнемагистрального пассажирского самолёта Ил-96-300, являются лётный эксперимент и научно-техническое сопровождение лётной эксплуатации этого ВС, включающее аналитические методы и моделирование на ЭВМ и пилотажных стендах.
Такой подход впервые применяется в ГА и связан он с тем, что проведение лётных испытаний /ЛИ/ на некоторых аэродромах чрезвычайно опасно не только из-за сложности предпосадочного маневра, но и наличия потенциально опасных метеорологических условий, таких как гроза, сдвиг ветра, ливневые дожди и т.п. II хотя теоретические основы построения и применения математического моделирования движения ВС всё ещё находятся в развитии, сравнительный анализ результатов моделирования с панными средств объективного контроля /СОК/ паёт обнагтёживаюгаие результаты.
история построения математических моделей /ММ/ и оценка качества траєкторного движения связана с коллективами, возглавлявшимися в разине годы Рощиным В.Ф., Ципенко В.Г. в МГТУГА; Егоровым Г.С. - в ГосНИИ ГА; Рыжовым Ю.А. - в МАИ; Мееровичем Г.Ш. - в ЛИИ; Бюшгенсом Г.С. - в ЦАПІ; Егоровым В.И. и Муравьёвым Г.Г. - в АК им.С.В.Ильюшина; Ниитом М.И. и Желанниковым А.И. - в ВВИА им.проф. Н.Е.Яуковского. Среди зарубежных следует
отметить труды Ударцева Е.П., Касьянова В,А., Боярского Г.Н. в бывшем КНИГА; Тотиашвили Л.Г., Санникова В.А. в бывшем РКИМГА и других ученых.
Характерным для многих работ, связанных с моделированием траєкторного движения ВС, является неполная согласованность математической модели движения самолёта с моделью пилота, т.к. очень трудно описать динамику восприятия величин рассогласования регулируемых параметров пилотирования и саму манеру пилотирования. Манера пилотирования настолько индивидуальна, насколько индивидуален человек. Ещё труднее описать траекторное движение самолёта в полиэргатической системе, в которой экипаж состоит из нескольких операторов'. В этом отношении заслуживает внимания эргономический подход к решению таких задач в КШГА Денисовым В.Г. и Скрипцом А.А.
Отличительной особенностью ряда работ является то, что многие работы рассматриваются вдали от конкретных условий ЛЭ; некоторые положения ИКАО требуют корректировки в полном соответствии конкретным условиям полёта; многие исследования нельзя провести в натурных условиях и требуются новые методы, В том числе математическое моделирование. Именно эти аспекты лётной деятельности рассматривались при составлении программы эксплуатационных испытаний самолёта Ил-96-300 и математического моделирования движения самолёта на различных этапах полёта.
Процесс проведения ЛИ любого типа самолёта достаточно дорог и продолжителен. В конце 70-х годов между ГосНИИ ГА, представлявшим заказчика /МГА/, и АК им.С.В.Ильюшина, который представлял изготовителя Ил-86 /МАП/, была достигнута договоренность о проведении совместных Заводских, Государственных и Эксплуата-
ционных испытаний. Суть этой схемы заключалась в том, что на определенный этап испытаний созлавалась ояна общая программа, в которой один полёт выполнял летчик-испытатель изготовителя, второй -пилот-испытатель заказчика. В конфликтных случаях арбитром выступал летчик-испытатель ЛИИ МАП.
Пои таком подходе только программу испытаний пилотажно-на-вигационнго и радио-связного оборудования самолета Ил-86 удалось сократить с 500 часов по плану до 173 часов (Тактических. Вместо голового срока испытания были выполнены практически за 2 месяца. Руководили этими испытаниями Г.В.Новожилов, Р.В.Сакач, В.П.Усков, А.С.Якименко и др.
При испытании самолёта Ил-96-300 была принята и усовершенствована схема, проверенная на самолёте Ил-86. Вместо потребных 4+5 самолётов эксплуатационные ЛИ проводились на I + 2 серийных самолётах. Впервые в российской и советской практике эксплуатационные ЛИ проводились на международных воздушных линиях /МВЛ/ при беспосадочных полётах практически на полную дальность из Москвы в Сингапур с коммерческой нагрузкой. Это позволило снизить капиталовложения на проведение ЛИ. Кроме этого, эпизодические полеты выполнялись над территорией Российской Федерации и в некоторые страны Африки, Азии и Америки.
Диссертационная работа базируется на материалах теоретичес-ких и экспериментальных исследований, выполненных автором в ЦУМВС с 1991 по 1995 г. и в Московском государственном техническом университете гражданской авиации. Все исследования базируются на опыте лётной эксплуатации, командной и исследовательской деятельности, осуществляемой в тесном содружестве ЦУМВС с ГосНИИ ГА, АК им.С.В.Ильюшина, секретариатом ИКАО, министерством транспорта Непала, ОЛС ДВТ МТ РФ, посольствами Индии, Непала и Сингапура в России и с зарубежными представительствами авиакомпаний
(І і г J л din, Singapuze СІЛ f tlepaC Сіп и т.д.,
Объект исследования. Объектом исследования является самолёт Ил-96-300.
Цель работы д задачи исследования. Цель работы - разработка предложений и рекомендаций по расширении лётных ограничений и технике пилотирования самолёта Ил-96-300 на этапах захода на посадку, посадки и ухода на второй круг в условиях высоких температур наружного воздуха и ливневых осадков на зарубежных высокогорных аэродромах на основе результатов математического моделирования.
Главными задачами работы явились:
анализ существующих методов и средств исследования влияния различных факторов на эффективность ЛЭ и БІІ ВС на зарубежных высокогорных аэродромах;
разработка методики исследования поведения самолёта Ил-96-300 в ожидаемых условиях эксплуатации на зарубежных высокогорных аэродромах;
обоснование и разработка метода проверки достоверности и точности математического моделирования движения самолёта Ил-96-300 на взлёте и посадке;
разработка метода идентификации математической модели самолёта Ил-96-300 на взлёте и посадке по данным лётных испытаний;
исследование с помощью принятой системы математического моделирования поведения самолёта Ил-96-300 на этапах захода на посадку, посадки и ухода на второй круг в условиях высокогорных зарубежных аэродромов;
- разработка рекомендаций по пилотирования самолёта
Ил-96-300 при полётах в осадках на горше аэродромы и пда высо
ких температурах наружного воздуха;
- разработка предложений и рекомендаций по расширению лёт-
ннх ограничений в ожидаемых условиях эксплуатации самолёта
Ил-96-300 на МВЛ.
Идея диссертационной работы состоит в том, чтобы при разработке предложений и рекомендаций по расширению лётных ограничений и технике пилотирования самолёта Ил-96-300 в сложных условиях зарубежных высокогорных аэродромов центр тяжести исследований переместить в область математического моделирования как наиболее дешёвую и доступную, а дорогостоящий лётный эксперимент использопать лишь для корректировки расчётных результатов, контроля лостоверности и точности.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использован комплексный метод исследований, который включает методы численного решения дифференциальных уравнений, методов идентификации, теории вероятностей и математической.статистики.
Научная новизна работы состоит в том, что
определены предельные значения параметров, которые возмогло безопасно реализовать на этапах захода на посадку, посадки и ухола на второй круг самолёта Ил-96-300 в сложных условиях высокогорпих зарубежных аэродромов и при отказах (Тіункциональннх систем;
выявлена возможность расширения эксплуатационных ограничений самолёта Ил-96-300 в условиях зарубежных горных аэродромов при полётах в осадках и высоких температурах наружного воздуха;
предложены и обоснованы методы пилотирования самолёта Ил-96-300 в ожидаемых условиях эксплуатации на зарубежных высокогорных аэродромах.
Практическая ценность работа заключается в том, что она позволяет:
расширить границы исследований по лётной эксплуатации самолёта Ил-96-300 в сложных условиях полёта на зарубежных высокогорных аэродромах и сделать лётные испытания в аналогичных условиях более безопасными и качественными;
обеспечить экономию ресурсов за счёт сокращения объёма лётных испытаний;
проводить анализ особых ситуаций в полёте за рамками эксплуатационных ограничений с целью определения предельных возможностей самолёта;
разрабатывать рекомендации по обучению и тренировке экипажа при попадании в особые ситуации на зарубежных высокогорных аэродромах.
Достоверность результатов решения поставленных задач подтверждается:
- непосредственным сравнением численных расчётов с резуль
татами лётных испытаний и данными средств объективного контроля
/СОК/;
непротиворечивостью полученных на №1 численных результатов экспериментальным данным по статистическим критериям;
идентификацией математической модели по данным лётных испытаний самолёта Ил-96-300.
Апробация и внедрение работы.1 Материалы выполненных исследований докладывались и получили одобрение на лётнсметодических советах: ЩМВС, Москва /1992-96 гг./, ВВИА им.прой.Н.ЕДуковско-го, Москва /1995 г./, МГТУ ГА, Москва /1993-1996 гг./, а также обсуждались на межотраслевых семинарах и научно-технических кон-
- II -
ftepeiiwnx.
Основные результаты диссертационной работы были использованы в летных подразделениях ГА при обучении экипажей, а также в трёх хоздоговорных Ш1Р, выполненных МГТУ ГА по заказам ДВТ, в которых автор принял участие в роли старшего пилота-инструктора.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано отинналцать печатных работ, полученные результаты отражены в пяти отчетах по научно-исследовательской работе МГТУ ГА, в которых автор выступал в роли куратора и старшего пилота-инструктора цУМВС.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Основная часть работы изложена на 162 стршгацах машинописного текста. Всего содержит 17 рисунков, 17 таблиц,
70 библиографических названий /из них 10 на иностранных языках/. Общий объём работы 217 страниц.
